书城童书我的第一本物理探索发现全纪录
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第20章 物理猜想(6)

在军事领域里,物理科学发挥着巨大的作用。如我们可以用粒子束来制作粒子束武器,它是利用微观粒子构成的定向能量束去摧毁目标的武器。具体地说,就是通过特定的方法将质子、电子或离子(物理学中称为微观粒子),加速到接近光束,聚集成密集的束流,用以破坏目标的一种定向能武器,亦称为“束流武器”或“射束武器”。

粒子束武器是一种类似于激光武器但又比激光武器更厉害的武器。美国和前苏联认为:“粒子束技术是第二次世界大战以来,在技术上的一项根本变革。”粒子束武器对目标的破坏主要是通过“三板斧”来实现的。“一板斧”是破坏结构。粒子束武器射击的粒子束流具有很大的动能和能量,当它射到目标上时,粒子和目标壳体的材料分子发生非弹性碰撞,把能量以热的形式传递并沉积在壳体材料上,使材料的温度迅速上升,直到局部被熔融成洞或由于热应力引起壳体材料破裂为止。如同一块烧红的钢铁猛然放到冰上一样,能使冰与烧红钢铁接触处迅速熔融、汽化,猛然向外飞溅,同时还可能使溶洞周围爆裂,从而达到破坏目标结构的效能。“二板斧”是使引爆药早爆。常用的引爆炸药在密闭情况下要到500℃时才起爆,但粒子束武器发射的粒子束却能使引爆炸药在500℃以下就能起爆。这是因为,其一,粒子束能使引爆炸药内部产生电离,引起离子迁移、交换,使其内部电荷分布不均匀,形成附加电场;其二,粒子束的强烈冲击和能量沉积,产生冲击效应,即在引爆药中产生冲击波,从而导致引爆药提前起爆。“三板斧”是破坏电子设备或器件。一是低强度的照射,可造成目标电子线路的元件工作状态改变、漏电,使元件工作产生错误动作或失效;二是高强度的照射,除可直接烧熔电子元器件外,当带电粒子束穿透电子设备时,能在元器件中产生电子—空穴,进而突然形成强烈的电流脉冲,放出大量热能,破坏电子元器件;三是带电粒子束在大气层运动时,可产生高能的γ射线和X射线,能破坏目标的瞄准、制导和控制等电路;四是带电粒子束的大电流短脉冲,还可激励出很强的电磁脉冲,达到干扰或破坏目标电子线路的目的。

那么,粒子束流是怎么产生的呢?小小的粒子又是怎样摧毁目标的呢?我们知道,一切运动的物体都具有动能,物体具有动能的大小主要取决于物体本身的质量和运动的速度。质量越大、速度越快,它具有的动能也就越大,其作用的能量也越大。一只小小的飞鸟与飞行中的飞机相撞,轻者洞穿机体,重者使飞机粉身碎骨,道理就在于此。物质世界的分子、原子已经小到肉眼看不见了,但还有比它们更小的质子、电子、离子及一些中性粒子,物理学界称它们为“微观粒子”。尽管这些微观粒子微不足道,但它们还是有一定质量的。如果能把它们加速到极高的速度(假如接近光速),这时它们也都会具有一定的动能。如果再把许许多多这样的粒子聚集成密集的束流,使它们的能量集中起来,那能量可就相当可观了。把这些具有大能量的粒子束流射向目标,它们就像子弹或炮弹一样能摧毁目标。能量越大,摧毁力越大。摧毁目标的能力就越强。那么怎样给这些微观的粒子加速呢?我们从普通物理学中得知,电和磁都具有同性相斥、异性相吸的特性。当粒子产生器产生出带电粒子并通过电场时,带电粒子就会受到电场作用力的作用。当电场作用力的方向与粒子运动的方向一致时,粒子的速度就会加快。根据上述原理,人们制造出一种专门加速粒子的特殊装置——粒子加速器。带电粒子进入加速器后就被加速到所需要的速度。它是通过多次重复而又方向一致的加速来使粒子的速度越来越大的。就如同使人造卫星加速到一定的速度,是通过多级运载火箭经过多次加速而完成的道理一样。粒子经过一次又一次的加速,最后就可以获得所需要的速度。尔后经磁场聚集,把大量的粒子集中起来,形成束流,并由加速器射出。这样的粒子束就具有了极大的能量,足以摧毁所攻击的目标。粒子束武器也就因此而诞生了。

粒子束武器,正以其巨大的军事潜力,引起世界各国军事家的关注。将来,这种武器也许会被广泛的用于军事用途。

神奇的微波

微波是波的一种,具有光波的特性。利用它的这个特性,我们可以制作微波武器,它其实是采用强微波发生器和高增益定向天线发射出强大的、会聚的微波波束,对目标起杀伤破坏作用的武器。

那么,微波为什么能作为武器,微波武器是怎样杀伤破坏目标的呢?

物理学知识告诉我们,微波是波的一种。它是一种波长很短的(大约1毫米到1米)无线电电磁波。但它的频段范围很广,为300兆赫到30万兆赫,具有光波的特性,在空间以光速直线传播,且可以穿透电离层,进入宇宙空间。微波有个最独具的特性是,对口径一定的抛物面天线,其增益与波长的平方成反比,波长越短,其增益效果越高。当增益达到了一定的能量,且直接作用于某一目标时,它就表现出军事上武器的杀伤作用了。微波武器对目标的杀伤机理,和激光武器不同,它具有的是一种类似于武术界“太极神功”的内杀伤效应。对人员目标的“软杀伤”。它是通过微波对人体作用产生的“非热效应”和“热效应”的软杀伤来实现的。

“非热效应”是指人体受到较弱能量的微波照射后引起的伤害,包括心理损伤和微妙的功能减退现象。它可使人员神经混乱、头痛、烦躁、记忆力减退。比如,用它可损伤高性能飞机的驾驶员或其他精密系统的操作人员,使之发生变态反应。“热效应”是由强微波能量对人体的照射引起的。在强微波能量的作用下,人体细胞的分子以惊人的速度运动,彼此碰撞,产生热功能等生理效应,即“热效应”。由于微波具有很强的穿透力,故不仅可使人体皮肤的表面被“加热”,而且也可使人体的深部组织被“加热”;加之深部组织散热困难,所以升热速度比表面更快,致使人还未感到皮肤疼痛,深部组织已受到损伤。微波武器对现代武器系统的破坏手法是“以柔克刚”。

由于微波束是以光速传播的,因此,微波武器能照射较大的目标区、作用距离远、不受气候影响的特性。同时,它还是对付未来隐形飞机、导弹等飞行器的有效武器。因为这些隐形飞机或导弹表面上的微波吸收材料,正好利于充分吸收微波能量,并使之迅速加热升温而毁坏。可见,微波武器将成为未来比较理想的防空、反导弹、反卫星武器和破坏C3CM(指挥、控制与电子对抗)的重要手段,并可成为多层次的反弹道导弹防御系统的重要组成部分。

微波束武器通常由超大功率微波发射机、大型高能波束天线和跟踪瞄准控制系统组成。其中超大功率微波发射机是微波武器的“弹仓”。它向微波武器提供发射用的“波弹”。大型高能波束天线用于把超大功率微波发射机输出的能量会聚在窄波束内,使微波束能量高度集中,以极高的强度或密度(其能量要比雷达的能量大几个数量级)辐射和轰击目标,以杀伤人员和破坏武器系统。

微波武器的作用不容小看,和粒子束武器一样,微波武器也将成为未来军事战争中的重要武器。目前,关于微波武器的研究还在继续。

不可思议的电磁力

电磁力在各个领域都有广泛的应用,我们可以利用电磁的独特特性来制成电磁炮,它是一种利用电磁力沿导轨发射炮弹的武器。早在19世纪,科学家们就发现,在磁场中的电荷和电流会受到力的作用,他们把这种力叫“洛仑磁力”即电磁力。一战时,法国的科学家们提出了利用洛仑磁力发射炮弹的设想,并进行了开创性研究,但没能成功。二战时,德、日等国的科学家又进行了大量秘密的研究,企求利用新式武器取得战场上的胜利,但也以失败告终。战后,其他国家的科学家们,也进行了一些研究,但一直未能取得理想进展。

直到上个世纪70年代,澳大利亚国立大学的研究人员,终于利用建造的第一台电磁发射装置,将3克重的塑料块(炮弹)加速到6000米/秒的速度,成功地打出了世界上第一颗电磁炮弹,这才引起了世界科学界尤其是各国军界的关注。电磁炮通常由电源、加速器、开关及能量调节器等组成,它与普通火炮或其他常规动能武器相比,具有很多独特的优势。一是射速快,动能大,射击精度高,射程远。二是射击隐蔽性好。电磁炮射击时,既无炮口焰、雾,也无震耳欲聋的炮声,不产生有害气体。无论白天还是夜晚射击都很隐蔽,对方难以发现。三是射程可调。我们知道,常规火炮的射程及射击范围是通过改变发射角和发射不同弹药来调整的,操纵复杂,变化范围有限。而电磁炮只需调节控制输入加速器的能量即可达到调整目的,简便,精确。但电磁炮也存在着炮管使用寿命短、轨道部件易遭损坏、体积庞大等不足。

电磁炮以其独特的优势在军事上具有十分广泛的应用及不可估量的发展前景。此外,随着电磁发射技术的发展,今后的电磁炮不仅能用来发射炮弹,还可用来发射无人飞机、卫星,甚至航天器等。

未来的反电磁波辐射导弹